211service.com
Efektīvāks kosmosa dzinējs izmanto oglekļa nanocaurules
Jonu piedziņas sistēmas pēdējo 50 gadu laikā ir virzījušas dažus ap Zemi riņķojošus un starpplanētu kosmosa kuģus. Tagad Džordžijas Tehnoloģiju institūta pētnieki izstrādā efektīvākus jonu dzinējus, kas izmanto oglekļa nanocaurules kā svarīgu sastāvdaļu.
Efektīvi izstarotāji: Oglekļa nanocauruļu kvadrātveida bloku mikrogrāfs uz vienu centimetru reiz vienu centimetru silīcija plāksnītes. Masīvi ir paredzēti izmantošanai eksperimentālā katodā.
Jonu piedziņa darbojas, paātrinot elektriski lādētas vai jonizētas daļiņas, lai virzītu kosmosa kuģi. Viens no visizplatītākajiem jonu dzinējiem, kas pazīstams kā Hola efekta dzinējs, jonizē gāzi, izmantojot magnētiskajā laukā iesprostotus elektronus. Iegūtos jonus pēc tam paātrina, izmantojot potenciālu, kas tiek uzturēts starp anodu un katodu. Bet daži no emitētajiem elektroniem ir jāizmanto arī, lai neitralizētu jonus no kosmosa kuģa izstarotajā strūklā, lai novērstu kosmosa kuģa elektrisko uzlādi. Esošajiem Hola efekta dzinējiem ir jāizmanto aptuveni 10 procenti no kosmosa kuģa ksenona gāzes propelenta, lai radītu elektronus, kas nepieciešami gan dzinēja darbināšanai, gan jonu staru neitralizācijai.
Džordžijas Tehnikas pētnieki, izmantojot oglekļa nanocaurules, izveidoja lauka emisijas katodu dzinējam. Šāda veida katodos elektroni tiek emitēti pēc tam, kad tie iziet cauri potenciāla barjerai. Oglekļa nanocaurules dizains ir īpaši efektīvs, jo nanocaurules ir neticami spēcīgas un elektriski vadošas. Izmantojot oglekļa nanocaurules, mēs varam iegūt visus nepieciešamos elektronus, neizmantojot nekādu propelentu, saka Mičels Vokers , galvenais pētnieks projekts un docents Lieljaudas elektriskās piedziņas laboratorija Džordžijas Tehnoloģijā. Tas nozīmē, ka faktiskajai misijai ir pieejams par 10 procentiem vairāk jonu dzinēja degvielas, tādējādi pagarinot kosmosa kuģa kalpošanas laiku.
Mēs varam izvilkt elektronus no materiāla gala ar spriegumu, kas mazāks par 0,25 voltiem uz mikronu, kas nodrošina ārkārtīgi efektīvu sistēmu, saka. Džūds Gatavs , projekta galvenais pētnieks. Turpretim dobajiem katodiem, ko parasti izmanto jonu dzinējos, ir nepieciešama smaga elektronika, un tie ir jāuzsilda līdz tūkstošiem grādu, lai iegūtu pietiekamu spriegumu.
Turklāt, tā kā nanocaurules ir plānas un vieglas, tās var uzklāt uz dzinēja korpusa virsmas, potenciāli ļaujot kosmosa kuģim pārvadāt lielākas kravas un ietilpt mazākās nesējraķetēs. Vokers iepazīstināja ar rakstu par jauno katodu šī gada sākumā Kopīgo dzinēju konference un izstāde Denverā un saka, ka jaunā sistēma varētu būt gatava palaišanai trīs līdz piecu gadu laikā.
Labāka vilce: Oglekļa nanocaurules katods ir uzstādīts uz eksperimentālas iekārtas jonu dzinēja iekšpusē.
Oglekļa nanocauruļu pārbaude katodiem ir salīdzinoši jauna pieeja, taču viena no vairākām, kas ir pētītas pēdējo desmit gadu laikā, saka Maikls Patersons, jaunās jonu piedziņas sistēmas galvenais pētnieks, kas ir daļa no NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT). programma. Pētnieki plkst NASA Glenn pētniecības centrs ir pētījuši mikrostruktūru izmantošanu, kas izgatavotas no dimantiem līdzīgiem materiāliem, taču ir bijušas grūtības ar to izmantošanu. Parasti tiem ir īss kalpošanas laiks, ja tie tiek pakļauti erozijai vai darbojas ar ļoti zemu strāvu, saka Pattersons.
Lai izveidotu oglekļa nanocaurules katodus, Georgia Tech pētnieki audzē daudzsienu oglekļa nanocaurules, izmantojot plazmu, nevis parasto ķīmisko tvaiku pārklāšanu. Mums ir jāspēj precīzi kontrolēt oglekļa nanocauruļu augstumu, kas mūsu konstrukcijai ir 10 mikroni, saka Ready.
Busek, kosmosa piedziņas uzņēmums, kas atrodas Natikā, MA, arī izstrādā oglekļa nanocaurules katodus, kas jau ir sertificēti kosmosā. Ready saka, ka pētniekiem ir labas attiecības ar uzņēmumu un viņi būtu ieinteresēti strādāt ar to, lai komercializētu savu tehnoloģiju.
Georgia Tech pētnieki ir pierādījuši savu oglekļa nanocauruļu izturību, parādot, ka tās spēj izdzīvot palaišanas laikā piedzīvotās vibrācijas. Nanocaurules kalpošanas laiks pārsniedz 368 stundas. Grupa ir saņēmusi 6,5 miljonu dolāru dotāciju no DARPA, ASV Aizsardzības departamenta pētniecības un attīstības nodaļas, un ir sākusi otro testēšanas posmu.
Pattersons saka, ka oglekļa nanocaurules ir vērtīga pētniecības joma, kas varētu uzlabot sistēmas vispārējo veiktspēju. Viņš piebilst, ka oglekļa nanocauruļu katodi var būt vispiemērotākie mazjaudas kosmosa kuģiem un maziem satelītiem, jo standarta katoda tehnoloģija šajās sistēmās ir visvairāk aizliedzoša. Liela daļa propelenta tiek iztērēta katodam.